مطالعه آزمايشگاهي ناپايداري انگشتي لزج سيال نيوتني در محيط متخلخل شفاف با ساختاري فشرده از دانه هاي بلور شيشه اي

An experimental investigation on viscous fingering instability of Newtonian fluid in transparent porous media with compact structure consisting of glass beads

در مقاله حاضر، با رويكردي تجربي به مطالعه ناپايداري انگشتي لزج در جابجايي مخلوط شدني سيال نيوتني پرداخته شده است. نتايج بررسي اين ناپايداري در انتقال نفت از مخازن نفتي بستر زمين به سطح زمين، كاربرد گسترده اي دارد. به منظور واقعي تر شدن نتايج اين پژوهش، محيطي متخلخل با ديواره هاي شفاف و ساختاري فشرده از دانه هاي كروي شيشه ساخته شد كه نفوذپذيري آن به بستر زمين نزديك باشد. هدف اصلي اين پژوهش، بررسي اثرات نسبت لزجت، ميزان دبي و عدد بي بعد بلاك بر نحوه رشد و شكل انگشتي ها و همچنين تاثير آن ها بر پارامترهاي فيزيكي مهمي ازجمله طول اختلاط، بازده جاروبي و رشد اغتشاش به حالت پايه است. نتايج نشان داد كه با افزايش نسبت لزجت، ناپايداري و تعداد شاخه هاي انگشتي افزايش و انگشتي هاي ريز بيشتري تشكيل مي شود. همچنين افزايش نسبت لزجت باعث افزايش طول اختلاط و كاهش بازده جاروبي مي شود. با افزايش ميزان دبي نيز مشاهده شد كه تعداد انگشتي هاي پهن افزايش و نوك انگشتي ها تمايل به پخش شدن پيدا مي كنند، علاوه بر اين با بررسي نتايج مشخص شد كه افزايش دبي، راندمان جاروبي را افزايش مي دهد، اما تاثير محسوسي بر طول اختلاط ندارد. همچنين نتايج نشان داد كه با افزايش بلاك طول اختلاط كاهش و بازده جاروبي افزايش مي يابد.

In this paper, the viscous fingering instability in miscible Newtonian fluid displacements is studied experimentally. Studying the results of this instability has wide applications in oil extraction from ground bed oil reservoirs to the ground surface. In order to obtain more actualized results, a porous media with transparent walls and compact structure of spherical glass beads is constructed, that has close permeability to ground bed. The main purpose of this study is to investigate the effects of viscosity ratio, flow rate and Blake dimensionless number on the quality of growth and the shape of the fingers, also their effect on important physical parameters including the mixing length, sweep efficiency and noise growth to base state. The results showed that with increasing the viscosity ratio, instability and number of finger branches increases and more tiny fingers are formed. Also, increasing the viscosity ratio increases the mixing length and decreases the sweep efficiency. Likewise, with increasing the flow rate, it was observed that the number of wide fingers increased and fingertips tend to spread. Furthermore, by studying the results it was found that increasing the flow rate, increases the sweep efficiency, but has no tangible effect on the mixing length. Also, the results show that increasing the Blake decreases the mixing length and increases the sweep efficiency.